《土木工程材料（第四版）》課件 第10章 有機高分子材料

2024年10月15日Page:1第10章有機高分子材料2024年10月15日Page:2第10章有機高分子材料10.1合成高分子化合物的基本知識以石油、煤、天然氣、水、空氣及食鹽等為原料，制得的低分子單體，經(jīng)合成反應即得到合成高分子化合物，這些化合物的分子量一般都在幾千以上，甚至可達數(shù)萬，數(shù)十萬或更大。2024年10月15日Page:3第10章有機高分子材料10.1.1高分子化合物的分類（1）按分子鏈的形狀分類（2）按對熱的性質分類2024年10月15日Page:4熱塑型高聚物模具電熱裝置1.材料在加熱的過程中逐漸變軟2.通過模具擠壓即可成型3.材料降溫后即可成型4.材料繼續(xù)加熱又會變軟模具2024年10月15日Page:5熱固型高聚物模具電熱裝置1.材料在加熱的過程中逐漸變軟2.通過模具擠壓即可成型3.材料降溫后即可成型4.材料再次加熱不會變軟模具end2024年10月15日Page:6第10章有機高分子材料10.1.2高分子化合物的合成方法及命名（1）加成聚合（2）縮合聚合2024年10月15日Page:7第10章有機高分子材料10.1.3高分子化合物的基本性質1）質輕2）比強度高3）彈性好4）絕緣性好5）耐磨性好6）耐腐蝕性好7）耐水性、耐濕性好2024年10月15日Page:8第10章有機高分子材料10.2建筑塑料定義：是以高分子化合物為基本材料，加入各種填充料和改性添加劑，在一定的溫度和壓力下塑制而成。10.2.1建筑塑料的特性10.2.2建筑塑料的組成10.2.3常用建筑塑料2024年10月15日Page:9有機高分子材料10.3膠粘劑10.3.1膠粘劑的組成和作用

10.3.2膠粘機理

10.3.3

建筑中常用的膠粘劑

2024年10月15日Page:10有機高分子材料習題1）熱塑性高聚物與熱固性高聚物各自的特征是什么？2）試述高分子化合物的合成反應類型及特征。3）與傳統(tǒng)材料相比，建筑塑料有何優(yōu)缺點？4）對膠粘劑的基本要求有哪些？試舉三種土木常用膠粘劑，并說明其特性與用途。5）試述涂料的組成成分及它們所起的作用。附錄2024年10月15日Page:112024年10月15日Page:12高分子化合物的分類按分子鏈的形狀分類（1）線型高分子化合物其主鏈原子排列成長鏈狀。（2）支鏈高分子化合物其主鏈也是長鏈狀，但帶有大量的支鏈。（3）體型鏈高分子化合物其主鏈被許多橫跨鏈交聯(lián)成網(wǎng)狀，或在二維、三維空間交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡，分子彼此固定。2024年10月15日Page:13高分子化合物的分類按對熱的性質分類（1）熱塑性高聚物：加熱時呈現(xiàn)出可塑性，甚至熔化，冷卻后又凝固硬化。可重復多次。（2）熱固性高聚物：是支鏈型高分子化合物，加熱時轉變成粘稠狀態(tài)，發(fā)生化學變化，相鄰的分子互相連接，轉變成體型結構而逐漸固化，其分子量也隨之增大，最終成為不能熔化、不能溶解的物質。2024年10月15日Page:14高分子化合物的合成方法及命名加成聚合又叫加聚反應。它是由許多相同或不相同的不飽和單體在加熱或催化劑的作用下，不飽和鍵被打開，各單體分子相互連接起來而成為高聚物。反應過程無副產(chǎn)物生成。2024年10月15日Page:15高分子化合物的合成方法及命名縮合聚合又叫縮聚反應。它是由一種或數(shù)種帶有官能團的單體在加熱或催化劑的作用下，逐步相互結合而成為高聚物，同時單體中的官能團脫落并化合生成副產(chǎn)物。2024年10月15日Page:16建筑塑料的特性

1、密度低、自重輕

2、優(yōu)良的加工性能

3、具有多功能性

4、出色的裝飾性能5、耐熱性差，易燃燒，且燃燒時放出對人體有害的氣體。

6、在日光，大氣及熱等外界因素作用下，塑料會產(chǎn)生老化，性能發(fā)生改變。

7、剛度差，與鋼鐵等金屬材料比較，塑料的強度及彈性模量均較低，容易變形。

2024年10月15日Page:17塑料的組成（1）合成樹脂

（2）增塑劑（3）填充劑（4）穩(wěn)定劑（5）其他助劑

2024年10月15日Page:18建筑塑料的組成合成樹脂主要是由碳、氫和少量的氧、氮、硫等原子以某種化學鍵結合而成的高分子化合物。它們的分子量很大。一般都在數(shù)千以上，甚至高達上百萬。例如由乙烯(CH2=CH2，分子量為28)，經(jīng)聚合而成的高分子聚乙烯分子量在1000~35000，而超高分子聚乙烯的分子量可高達500000。合成樹脂在塑料中起膠結作用，把其他組成成分牢固地膠結起來，使其具有加工成型性能。塑料的主要性質決定于所采用的合成樹脂。復雜組成塑料中合成樹脂的含量約為30%~60%。2024年10月15日Page:19建筑塑料的組成增塑劑：能使高分子材料增加塑性的化合物稱為增塑劑。增塑劑的耗量是一切助劑之首。增塑劑通常是沸點高、難揮發(fā)的液體，或是低熔點的固體。它可提高塑料在高溫加工條件下的可塑性，和塑料制品在使用條件下的彈性和韌性；并具有改善塑料低溫脆性的作用。常用的增塑劑有：鄰苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、磷酸二苯辛酯和磷酸三苯酯等。2024年10月15日Page:20建筑塑料的組成填充劑又稱填料，主要是一些粉狀或纖維狀的無機化合物。它不但能降低塑料的成本，而且還能提高強度，提高耐熱性和化學穩(wěn)定性。如玻璃纖維可以提高塑料的機械強度；云母可改善塑料的電絕緣性；石墨、二硫化鉬等填料可增強塑料的耐磨性能。幾乎所有的填料都能改善塑料的耐熱性能。但加入過多的填料會降低塑料的力學性能，并使其加工困難。所以必須通過必要的試配，以確定最合適的加入量。2024年10月15日Page:21建筑塑料的組成穩(wěn)定劑在高聚物的加工及其制品的使用過程中，因受熱、或氧、或光的作用，會發(fā)生降解或交聯(lián)等現(xiàn)象，造成顏色變深、性能降低。加入穩(wěn)定劑，可提高塑料制品的質量，防止以上現(xiàn)象的發(fā)生，延長使用的壽命。常用穩(wěn)定劑有：抗氧劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑2024年10月15日Page:22建筑塑料的組成其他助劑1、潤滑劑：潤滑劑能改善塑料在加工成型時的流動性和脫模性。2、固化性：固化劑又稱硬化劑。主要用于熱固性樹脂中。使線型分子交聯(lián)成體型網(wǎng)狀結構，從而制得堅硬的塑料制品。3、阻燃劑：阻燃劑能提高塑料的耐燃性和自熄性。

2024年10月15日Page:23膠粘劑組成：膠粘劑一般都是由多組分物質所組成，除基本組分粘料外，還有各種助劑：硬化劑、填料、其他附加劑（增塑劑、防霉劑、防腐劑、穩(wěn)定劑等）要求：具有足夠的流動性，能充分浸潤被粘物表面，粘結強度高，不易老化失效分類：熱固型、熱塑型、橡膠型、混合型2024年10月15日Page:24膠粘劑膠粘機理為什么膠粘劑能與被粘物牢固地粘結在一起？人們從不同的角度對這個問題進行了研究，得出了各種理論，主要有以下幾種：1、機械聯(lián)結理論2、物理吸附理論

3、化學鍵理論

4、擴散理論2024年10月15日Page:25膠粘劑機械聯(lián)結理論

認為被粘物表面是粗糙的、有些是多孔的，膠粘劑能夠滲透到被粘物表面的孔隙中去，硬化后就形成了許多微小的機械聯(lián)結。膠粘劑主要依靠這些機械聯(lián)結與被粘物牢固地粘結在一起。2024年10月15日Page:26膠粘劑物理吸附理論

認為任何物質的分子（或原子）之間都有著兩種相互作用著的力；一種是強的主價鍵力或稱化學鍵力。一種是弱的次價鍵力?；蚍Q范德華力。物理吸附是由次價鍵力所引起的。雖然次價鍵力遠比化學鍵力弱，但由于原子和分子的數(shù)目相當多，故這種物理吸附作用還是相當大的。這種理論把粘結力歸諸于膠粘劑分子和被粘物表面之間的物理吸附作用。2024年10月15日Page:27膠粘劑化學鍵理論認為某些膠粘劑與被粘物表面之間還能形成化學鍵，這種化學鍵對于粘結力、特別是對于粘結界面抵抗老化的能力是有貢獻的，并在某些場合已為實驗所證明。2024年10月15日Page:28膠粘劑擴散理論認為膠粘劑分子與被粘結物表面之間僅互相緊密接觸還是不夠的，須互相擴散才能形成牢固的粘結，因為相互擴散的結果能使更多的膠粘分子（或原子）與被粘結物分子之間更加接近，而增強它們的物理吸附作用。

2024年10月15日Page:29膠粘劑土木工程中常用的膠粘劑（一）熱塑性合成樹脂膠粘劑1、聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑（商品名107膠）

2、聚醋酸乙烯乳膠（俗稱白膠水）（二）熱固性合成樹脂膠粘劑1、環(huán)氧樹脂膠粘劑2、聚氨酯膠粘劑

2024年10月15日Page:30膠粘劑聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑是以聚乙烯醇與甲醛在酸性介質中進行縮合反應而制得的一種透明的水溶性膠體。它無毒、無味，具有較高的粘接強度和較好的耐水、耐油、耐磨及耐老化性能。它既可作壁紙、墻布的膠粘劑，也可作水泥制品的膠粘劑，可顯著地提高水泥材料的耐磨性、抗凍性和抗裂性，并增加其防霉菌性，還可用作彩色瓷磚、馬賽克、室內地面涂層、內墻涂料等的膠料，是建筑中廣泛使用的一種膠粘劑。由于聚乙烯醇縮甲醛樹脂的原料來源豐富，價格低廉，因而在建筑裝修施工中用途最廣，被譽為建筑用“萬能膠”。2024年10月15日Page:31膠粘劑聚醋酸乙烯乳膠是由醋酸與乙烯合成醋酸乙烯，再經(jīng)乳液聚合而成的一種乳白色、具有酯類芳香的乳狀液體。它可在常溫下固化，配制使用方便，具有良好的粘結強度。粘接層有較好的韌性和耐久性，而且無毒、無味、快干，耐老化、耐油，施工安全、簡易等特性。但聚醋酸乙烯乳膠價格較貴，耐水與耐熱性不佳、易蠕變等缺點。2024年10月15日Page:32膠粘劑環(huán)氧樹脂膠粘劑是以環(huán)氧樹脂為主要原料，摻加適量硬化劑、增塑劑、填料和稀釋劑等配制而成。環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的線型高分子化合物，它與不同的硬化劑作用后，能形成體型結構，并對各種材料具有優(yōu)良的粘附力和粘接強度。2024年10月15日Page:33膠粘劑聚氨酯膠粘劑是以多異氰酸酯或聚氨基甲酸酯（簡稱聚酯）為基料的膠粘劑。聚氨酯是一種能在室溫下固化的膠粘劑，具粘結力強，膠膜柔軟，耐溶劑，耐油，耐水，耐酸，耐震等特點。它主要對紙張、木材、玻璃、金屬（鋼、鋁等）、塑料等材料具有良好的粘結力。在建筑工程中，主要用以粘接塑料、木材、皮革等，特別適用于防水、耐酸、耐堿的工程中。2024年10月15日Page:34有機高分子材料10.4涂料定義：涂料是指涂敷于物體表面，并能形成牢固附著的完整保護膜的材料。10.4.1涂料的組成10.4.2常用建筑涂料10.4.3油漆涂料2024年10月15日Page:35涂料涂料的組成1）基料2）填料3）顏料4）助劑5）水和溶劑2024年10月15日Page:36涂料的組成基料：將涂料中的其他組成粘結在一起，并能牢固地附著于基層表面，形成連續(xù)均勻、堅韌的保護膜層（又稱涂膜）。成膜物質有三大類1）樹脂類成膜物質2）油料類成膜物質3）無機涂料的粘結料2024年10月15日Page:37涂料的組成填料又稱體制顏料，大部分為白色或無色，不具備著色力，除起填充作用外，填料還能增加涂膜厚度，賦予涂膜以質感，減少涂膜的收縮，提高涂膜機械強度、耐磨性、耐候性及抗老化性，降低涂料成本。2024年10月15日Page:38涂料的組成顏料又稱著色顏料，主要作用是使涂料具有一定的遮蓋力和所需的各種色彩。2024年10月15日Page:39涂料的組成助劑是涂料的輔助材料，用量很少，但能明顯改善涂料的性能，特別是對基料成膜的過程和涂膜的耐久性起著十分重要的作用。2024年10月15日Page:40涂料的組成水和溶劑：水和溶劑是分散介質，溶劑又稱稀釋劑，主要作用在于便各種原材料分散而形成均勻的粘稠液體，同時可調整涂料的粘度，使其便于施工，有利于改善涂膜的某些性能。同時涂料在成膜過程中，依靠水或溶劑的揮發(fā)，使涂料逐漸干燥硬化，最后形成連續(xù)均質的涂膜。2024年10月15日Page:41成膜物質樹脂類成膜物質以合成樹脂制得的涂料為主，所制的涂料性能優(yōu)良，涂膜光澤好，是現(xiàn)代涂料工業(yè)產(chǎn)量最大、品種取多、應用最廣的涂料。常用的合成樹脂有：聚乙烯醇及改性物質，苯丙乳液、丙烯酸乳液、聚醋乙烯及其共聚物、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等。2024年10月15日Page:42成膜物質油料類成膜物質：涂料作用的主要是植物油，屬于天然有機材料，是制造某些油性涂料和油性涂料的主要原料。包括以下三種：1）干性油料2）半干性油料3）不干性油料2024年10月15日Page:43成膜物質無機涂料的粘結料無機建筑涂料中的粘結料主要有水泥漿、硅溶膠系、磷酸鹽系、硅酸酮系、無機聚合物系和堿金屬硅酸鹽系等。這類材料價格低廉，資源豐富，具有發(fā)展前景。2024年10月15日P